核磁共振超前探测仪低矩形系数滤波器设计

开题报告

核磁共振超前探测仪

低矩形系数(xìshù)滤波器设计 指导教师： 报告人： 学号： 专业：电力电子(diànzǐ)与电力传动精品资料WWW.JLU.EDU.CN核磁共振超前探测仪低矩形系数(xìshù)滤波器设计研究目的意义及发展现状1主要工作内容及准备工作2拟利用资源3时间安排4主要参考资料5精品资料WWW.JLU.EDU.CN研究(yánjiū)目的和意义及发展现状突水灾害是隧道工程施工中的主要地质灾害隧道前方含水地质构造的超前探测接触式的钻探(zuāntàn)方法（成本高、效率低、可能诱发水害）核磁共振技术（高效率、高分辨率、无需打钻、体积效应 小、探测距离大）

精品资料WWW.JLU.EDU.CN研究目的和意义(yìyì)及发展现状进入隧道必须缩减天线尺寸，目前核磁共振探测线圈(xiànquān)的直径为2~6米,信号微弱隧道环境复杂，存在各种干扰，尤其是工频干扰和其谐波的干扰十分严重

要提高核磁共振隧道探测信噪比，需要滤波器有更好地矩形系数，提高电路的选择性。精品资料WWW.JLU.EDU.CN研究(yánjiū)目的和意义及发展现状矩形系数描述了滤波器在截止频率附近响应曲线变化的陡峭(dǒuqiào)程度，它的值是20dB带宽与3dB带宽的比值。矩形系数是表征滤波器选择性好坏的一个参量。理想的频带滤波器应该对通频带内的频谱分量有同样的放大能力，而对通频带以外的频谱分量要完全抑制。所以理想的频带放大器的频响曲线应是矩形。但实际的频响曲线与矩形有较大的差异。通常矩形系数是用Kv0.1来表示。Kv0.1=2△f0.1/（2△f0.7）精品资料主要工作(gōngzuò)内容及准备工作(gōngzuò)参差(cēncī)滤波放大

精品资料WWW.JLU.EDU.CN主要(zhǔyào)工作内容及准备工作参差滤波具有频带宽、矩形系数小的优点,其特点是选择(xuǎnzé)品质因数Q值较高的回路分别调谐在上、下截止频率附近,以增大幅频特性曲线边界的斜率;而Q值较低的回路调谐在中心频率处(奇数参差)或中心频率两侧(偶数参差),以确定电路的带宽。总幅频特性可以达到最大平坦,电路的选择(xuǎnzé)性得到改善。在低频RC带通滤波器设计中应用参差调谐放大器的理论与设计方法,同样可以设计出频带宽、矩形系数小带通滤波器。

精品资料WWW.JLU.EDU.CN主要(zhǔyào)工作内容及准备工作参差滤波(lǜbō)探测仪的滤波(lǜbō)要求是中心频率为极低频段，且1~2.6KHz可调，带宽按照需要在80~100Hz可调，并且要将矩形系数降低到2.0以下，因此，虽然参差滤波(lǜbō)方式的想法借鉴于通讯工程的低矩形系数的参差调谐放大，但是却由于应用场合也导致了探测仪滤波(lǜbō)器的要求反而成为应用这种滤波(lǜbō)方法的难点。

预期成果：中心频率1~2.6KHz可调，带宽80~100Hz可调，矩形系数降低至2.0以下（原3.4以上）精品资料WWW.JLU.EDU.CN主要工作(gōngzuò)内容模拟仿真参差滤波器在极低频段的工作(gōngzuò)效果，以及与原滤波器系统的性能比较，明确提升目标，确定改善方案精品资料WWW.JLU.EDU.CN主要(zhǔyào)工作内容工作过程：上位机输入的相关信息，主要有中心频率、带宽、配谐电容和末级增益，上位机通过计算得到滤波器组参数，向下位机发送，下位机接到参数后设置窄带滤波器组，末级增益，和配谐电容。因此，有三部分：上位机：VB（与原系统兼容）通讯：232-485下位机：控制部分，前级放大(fàngdà)，宽带滤波，窄带滤波，末级增益精品资料WWW.JLU.EDU.CN主要工作(gōngzuò)内容室内试验：调试滤波系统，使之尽可能接近模拟仿真的效果(xiàoguǒ)检测滤波系统一致性检测滤波系统，并与原滤波系统对比，检测提升效果(xiàoguǒ)检测与探测系统的兼容性现场试验：检测系统的稳定性和可靠性检测滤波系统实际工作效果(xiàoguǒ)，并与原探测系统工作效果(xiàoguǒ)进行对比

精品资料WWW.JLU.EDU.CN前期(qiánqī)准备工作查阅文献资料学习核磁共振隧道探测仪明确滤波系统的工作原理，基本要求，实现方案；查找滤波系统方案关键(guānjiàn)芯片的技术资料，复习相关课程等；系统设计相关软件的准备。

精品资料WWW.JLU.EDU.CN前期(qiánqī)准备工作各单级带通滤波器指标中心频率（KHz）增益（dB）带宽（Hz）第一级2.679233.161958.6第二级2.679233.161958.6第三级2.656820.6079246.5第四级2.656820.6079246.5第五级2.634816.5404390.6第六级2.634816.5404390.6第七级2.612720.5817243.2第八级2.612720.5817243.2第九级2.592032.935358.2第十级2.592032.935358.2精品资料WWW.JLU.EDU.CN前期(qiánqī)准备工作单级二阶滤波器，四级二阶滤波器，十级二阶参差滤波器矩形系数(xìshù)对比图

单级二阶矩形系数：K0.1=BW0.1/BW0.7=9.987四级二阶矩形系数：K0.1=BW0.1/BW0.7=3.739十级二阶参差矩形系数：K0.1=BW0.1/BW0.7=1.713精品资料WWW.JLU.EDU.CN前期(qiánqī)准备工作输入信号幅值为20mV，中心频率为2635HZ，从图中可清楚看到，由于器件响应存在时延，时延（图中小箭头）有8ms；经过滤波后，信号波形(bōxínɡ)产生失真，滤波器在启动状态，滤波后的波形(bōxínɡ)在上升至峰值后仍与原始波形(bōxínɡ)有一定差距，当到达图中蓝色标杆处时（图中大箭头），就与原信号波形(bōxínɡ)一致了，时间为不到30ms。频谱图可看出滤波前后中心频率不变，由于参差滤波器的放大倍数较大，而原MRS信号很小，因此频谱图中幅值有所不同。仪器中切换以及消抖时间为35ms，经过这段时间后才会开始采集，因此参差滤波器会有充裕的时间来响应信号。精品资料WWW.JLU.EDU.CN前期(qiánqī)准备工作硬件设计(shèjì)思路以STC89C系列单片机为控制核心MCU，控制滤波系统以及与上位机通讯。宽带滤波为双二次四阶搭建实现窄带采用开关电容滤波器利用DDS或CPLD作为窄带滤波器时钟频率末级增益采用程控放大精品资料WWW.JLU.EDU.CN前期准备(zhǔnbèi)工作软件设计思路上位(shànɡwèi)机下位机

输入参数

保存，计算并显示

下载，传输给下位机

上位机刷新显示

下位机设置后返回参数

开始

初始化

接收上位机数据

数据转换

设置末级增益设置窄带滤波器

设置窄带滤波器时钟源

返回并上传数据

精品资料WWW.JLU.EDU.CN实验(shíyàn)测试方法室内测试：包括三部分测试，分别为一致性测试、对比测试（性能改善情况）、兼容性测试。现场试验：室内测试通过后，与隧道探测系统结合(jiéhé)，进行了现场试验，从整体上检测更新的硬件滤波系统对探测仪信噪比提升的实际效果。精品资料WWW.JLU.EDU.CN拟利用(lìyòng)资源核心(héxīn)器件:增强型STC系列、CPLD、DDS、SCF等实习场地：地质宫114实验室实习条件：计算机，网络分析仪，信源，示波表和示波器，相应的元器件与开发软件等。实习时间：2014年5月到2015年5月精品资料WWW.JLU.EDU.CN时间(shíjiān)安排模拟仿真明确目标 2014.5--2014.7具体方案设计和确定 2014.7--2014.9方案实现(shíxiàn)，调试 2014.9--2015.1实验测试 2015.1--2015.3完善，提出新问题和建议 2015.3--2015.4撰写论文和毕业答辩 2015.5精品资料WWW.JLU.EDU.CN主要(zhǔyào)参考资料1、《核磁共振找水仪原理与应用》.林君段清明王应吉. 科学出版社.20112、《SIGNALS&SYSTEMS》.ALANV.OPPENHEIM ALANS.WILLSKY